香港城市大学叶轩立教授，Nat. Commun.：钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率超过26%，开路电压高达2.21V

第一作者：安怡澹，张楠

通讯作者：叶轩立*

单位：香港城市大学

尽管单结钙钛矿和有机太阳能电池已经获得较高的光电转换性能，但钙钛矿/有机叠层太阳能电池性能仍然较低，这主要是由于叠层器件存在较大的电压损失和严重的非辐射复合。因此，理解载流子损失的机制并有效抑制非辐射复合，对于构建高性能钙钛矿/有机叠层太阳能电池极为必要。

基于此，来自香港城市大学的叶轩立教授在国际知名期刊Nature Communications上发表题为“Balancing carrier transport in interconnection layer for efficient perovskite/organic tandem solar cells”的研究性论文。该文章通过管理载流子在中间连接层的平衡输运，使钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率达到26.05%，开路电压达到2.21V（其中认证开路电压为2.216V），为当前报道最高值之一。

图1. 钙钛矿/有机叠层太阳能电池光电性能及不同中间连接层结构对载流子动力学的影响。

一般而言，基于MoO₃空穴传输层的有机太阳能电池（OSCs）性能略低于使用其它空穴传输层材料（如：PEDOT:PSS）。通过研究载流子输运动力学，我们发现MoO₃作为空穴传输层主要通过hopping机制传输空穴，这导致MoO₃呈现出弱的空穴传输能力。紫外光电子能谱（UPS）测量显示，热蒸发的MoO₃呈现出n-型半导体掺杂特性。通过自组装单分子层（SAM）修饰策略，MoO₃/SAM的表面由n-型转变为p-型。这种p型MoO₃/SAM表面更有利于界面能级对准，使有机活性层的空穴能够有效传输到MoO₃层。同时，它还可以作为电子阻挡层，减少从有机层的最低未占据分子轨道（LUMO）到MoO₃的电子注入。

要点二：一种基于SAM/MoO₃/SAM“三明治结构”的新型中间连接层

我们进一步提出了一种SAM双面修饰方法，在MoO₃层的上方和下方均进行SAM层修饰，即：SnO₂/Au/SAM/MoO₃/SAM中间连接层（ICL）结构。当SAM位于MoO₃上层时， 它增强了MoO₃/有机界面处的空穴提取，并作为电子阻挡层，减少了界面非辐射复合损耗。同时，位于MoO₃下层的SAM，不仅调控了从SnO₂向MoO₃的过量电子注入，还促进了电子和空穴分别从MoO₃和SnO₂向Au复合中心的注入，确保载流子的平衡传输和完全复合。

要点三：钙钛矿/有机叠层器件效率>26%

基于本研究提出的SAM修饰策略和构建的新型中间连接层结构，我们制备的钙钛矿/有机叠层光伏器件效率达到26.05%，开路电压为2.21V，其中认证开路电压为2.216V，为当前报道的最高值之一。

“Balancing carrier transport in interconnection layer for efficient perovskite/organic tandem solar cells”

叶轩立教授简介：自2021年起担任香港城市大学材料科学与工程学系及能源与环境学院教授， 2022年起担任香港清洁能源研究院副院长。叶轩立教授2022年当选为香港青年科学院院士(FYASHK)，2023年被授予英国皇家化学学会会士荣誉 (FRSC), 2024年当选香港工程师学会院士(FHKIE)及香港工程科学院青年院士(YFHKEng)。荣获2023年国际材料研究学会前沿材料青年科学家奖（IUMRS-FMYSA）及2024年香港工程科技奖（HKEST Award）, 2023年度广东省科学技术奖自然科学奖(一等奖)。在加入香港城市大学之前，叶轩立教授于2013至2020年在华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室及材料科学与工程学院任教授。他在香港中文大学获得材料科学学士（2001年）和哲学硕士（2003年）学位，并于2008年在美国华盛顿大学完成材料科学与工程博士学位。研究方向集中于材料、界面与器件工程的综合应用，旨在提升聚合物与钙钛矿光电器件的性能。在Nature，Science，Chem. Rev., Nature Photonics，Nature Electronics，Nature Commun.等期刊发表科研论文300余篇，总引用次数约47000次，H指数达109。, 在2014年至2024年连续11年被评为材料科学或跨领域的Clarivate全球高被引学者。

安怡澹和张楠为共同第一作者。

叶轩立教授团队在有机和钙钛矿材料的光电应用领域开展前沿研究，包括太阳能电池和发光二极管（LED）等。团队致力于通过跨学科合作，结合材料科学、物理、化学和工程技术等多个领域的专业知识，解决这些技术的关键科学和工程问题。团队研究不仅关注基础科学问题，同时也强调技术的实际应用和商业化潜力。通过与工业界的合作，推动研究成果的技术转移，致力于将实验室的发现转化为实际应用，以解决全球能源和环境的挑战。团队提供一个开放和协作的研究环境，鼓励团队成员之间的积极交流和知识共享。我们相信这种多学科的合作方式能够激发创新，推动科学和技术的边界。

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